Jak funguje svařovací stroj na laser?

Laserové svařování je špičková technologie široce používaná v moderních průmyslových odvětvích pro spojení kovových komponent s extrémní přesností. Jak se průmyslová odvětví přesouvají směrem k automatizaci a vysoce přesné výrobě, laserové svařovací stroje se staly nepostradatelnými nástroji, které nabízejí vysokou rychlost, nízké tepelné zkreslení a vynikající kvalitu.

Laserové svařování je ve svém jádru technikou, která používá koncentrovaný paprsek světla k roztavení a pojištění materiálů. Na rozdíl od tradičních metod svařování, které často zahrnují kontaktní a vysokou mechanickou sílu, je laserové svařování nekontaktním a vysoce kontrolovaným procesem. To má za následek čistší, přesnější a rychlejší svary, což je ideální pro aplikace v automobilovém průmyslu, leteckém průmyslu, elektronice, zdravotnických prostředcích a dalších.

Pracovní princip laserového svařovacího stroje

Laserové svařovací stroj pracuje na principu používání koncentrovaných vysokoenergetických laserových paprsků k roztavení a pojištění materiálů na jejich kloubu. Tento proces je rychlý, přesný a generuje minimální zóny postižené teplem, což je ideální pro aplikace vyžadující čisté a přesné svary. Abychom pochopili, jak tato technologie funguje, rozbijme základní fáze zapojené do procesu - zasazujeme z laserové generace na konečnou tvorbu svaru.

Generování a přenos laseru

Jádrem každého laserového svařovacího stroje je jeho laserový zdroj. Úlohou laserového zdroje je generovat paprsek koherentního světla, který je vysoce zaostřen a zaměřen na cílový obrobku. Několik typů zdrojů laseru se používá v závislosti na aplikaci, typu materiálu a požadované výstupní výkon.

1. vláknité lasery

Vláknité lasery jsou nejrozšířenější v moderních laserových svařovacích strojích, zejména ve vysoce přesných a vysokorychlostních průmyslových aplikacích. Tyto lasery generují paprsek přes optická vlákna dopovaná prvky vzácných Země, jako je ytterbium. Laserový paprsek je poté přenášen vláknem s minimální ztrátou energie, což má za následek:

• Vysoká kvalita paprsku

• Vynikající zaostřenost

• Energetická účinnost

• Nízká údržba

Vzhledem k jejich spolehlivosti a škálovatelnosti jsou lasery vlákna ideální pro robotické a automatizované svařovací systémy.

2. Co₂ lasery

Co₂ lasery generují infračervené laserové světlo pomocí směsi plynů (obvykle oxid uhličitý, dusík a helium). Tyto lasery jsou účinné při řezání a svařování nekovových materiálů, jako jsou plasty, dřevo a keramika. V souvislosti s laserovým svařováním se však používají také pro silnější kovové materiály, když je proveditelné dodávání paprsků pomocí zrcadel.

Zatímco lasery CO₂ nabízejí vysokou úroveň výkonu, mají omezení v přesných aplikacích kvůli:

• Větší velikost bodového paprsku

• Komplexní doručení paprsku pomocí zrcadel

• Vyšší údržba ve srovnání s lasery vlákna

3. nd: YAG lasery

ND: YAG (Neodymium dopovaný hliníkový granát) lasery byly tradičně populární pro Laserová svařovací stroje  kvůli jejich schopnosti pracovat v kontinuálních i pulzních režimech. Nabízeli také flexibilitu při dodávání paprsků prostřednictvím optiky vláken. Se vzestupem laserů vláken nabízejících lepší elektrickou účinnost a nižší provozní náklady však byly lasery ND: YAG do značné míry vyřazovány ve prospěch pokročilejších technologií.

Přenos paprsku a zaostření

Po generaci musí být laserový paprsek transportován na místo svaru. To se obvykle provádí prostřednictvím:

• Vláknité kabely v laserech vláken

• Zrcadla a čočky v laserových systémech

Paprsek je poté zaostřen pomocí přesných čoček na malou plochu obrobku. Tato koncentrovaná energie vytváří intenzivní lokalizované vytápění, dostačující k roztavení základních materiálů, aniž by to ovlivnilo okolní zóny.

Zaostření, zahřívání a tání materiálu

Zaměřený paprsek vytvořený laserovým svařovacím strojem dodává obrovskou energii do určitého umístění, což způsobuje, že se materiál rychle zahřívá a vytvoří roztavený bazén. Tento roztavený bazén cestuje podél kloubu, když se laser pohybuje nebo je veden podél svařovací cesty.

Několik faktorů určuje, jak hluboko a efektivně proniká svary:

Laserová síla : Vyšší výkon má za následek hlubší pronikání a rychlejší rychlosti svařování.

Velikost ohniskového bodu : Menší velikost botu zvyšuje hustotu energie a umožňuje lepší tání.

Rychlost svařování : Rychlejší rychlosti snižují vstup tepla, ovlivňují penetraci a tvar kuliček.

Typ materiálu a odrazivost : Kovy jako hliník a měď odrážejí laserové světlo a mohou vyžadovat vyšší energii nebo specializované vlnové délky.

Jak laserový paprsek postupuje, roztavený bazén rychle ochladí a ztuhne a vytváří vysokopevní svařovací švů. Rychlé rychlosti topení a chlazení minimalizují zkreslení a zachovávají strukturální integritu materiálu.

Proces svařování kroky v laserovém svařovacím stroji

Funkčnost a Laserové svařovací stroj  lze lépe ocenit, když je zkoumán jako proces krok za krokem. Každá fáze-od přípravy materiálu po tuhnutí-je zásadní pro dosažení konzistentních, vysoce kvalitních svarů.

1. Umístění materiálu

Přesné umístění materiálu je rozhodující při svařování laseru. Před zahájením procesu svařování musí být obrobky přesně zarovnány, aby se zajistilo, že laserový paprsek bude zaměřen přesně na kloub. V závislosti na nastavení to lze provést pomocí:

• Vysoce přesné příslušenství

• CNC kontrolované tabulky

• Robotické zbraně

• Systémy vedené zrakem

V automatických prostředích detekují kamery strojového vidění a správné odchylky v reálném čase, což zajišťuje správné zarovnání i pro složité nebo variabilní geometrie.

2. ozáření a ovládání laserového paprsku

Jakmile jsou materiály správně umístěny, laserový svařovací stroj aktivuje laser. Řídicí systém stroje směřuje paprsek na kloub pomocí zrcadel nebo optiky vláken. Tato fáze zahrnuje kontrolu nad kritickými parametry v reálném čase, například:

• Laserový výkon : diktuje množství dodávané energie.

• Pulzní frekvence (v pulzním režimu) : Počet energetických prasknutí za sekundu.

• Rychlost cestování : Rychlost, při které se laser pohybuje přes kloub.

• Nastavení ohniskové délky : Paprsek udržuje zaměření na povrch svaru.

Pokročilé laserové svařovací stroje obsahují systémy zpětné vazby s uzavřenou smyčkou, které tyto proměnné upravují na let, aby zajistily stabilní svařování, i když se materiál nebo prostředí změní.

3. tvorba tání, chlazení a svaru

Když laserový paprsek kontaktuje kloub, generuje dostatek tepla, aby roztavil kov a vytvořil roztavený svařovací bazén. Hloubka a šířka svaru jsou řízena parametry laseru a vlastnostmi materiálu.

Jak laser postupuje:

• Vlecová hrana roztaveného bazénu se ochladí a ztuhne.

• Tvoří pevný svarový šv, který tyto dva materiály trvale spojuje.

• K tomuto procesu může dojít v kontinuálním režimu nebo pulzních intervalech v závislosti na technice svařování a aplikace.

Míra chlazení v laserovém svařování je obvykle velmi rychlá, což přispívá k:

• Jemná mikrostruktura

• Minimální zóny postižené teplem (HAZ)

• Vylepšená mechanická pevnost

Typy technik laserového svařování

Laserové svařovací stroje mohou fungovat v několika režimech, z nichž každá je vhodná pro různé aplikace.

1. svařování kontinuální vlny (CW)

V tomto režimu laser emituje konstantní paprsek světla, takže je ideální pro dlouhé, nepřerušené svary. Často se používá ve vysokorychlostní výrobní linky, zejména ve výrobě automobilů. Svařování CW obvykle vyžaduje vysoký výkon, od 1000 W do 6000 W.

2.. Pulsené laserové svařování

Tato metoda vydává laserovou energii v krátkých pulzách s vysokou intenzitou. Nejlepší je pro svařování tenkých materiálů nebo malých součástí, které jsou citlivé na teplo. Pulzní svařování se běžně používá v:

• Elektronika

• Šperky

• Zdravotnické prostředky

Úrovně výkonu jsou zde mnohem nižší, obvykle mezi 50 W a 500 W.

3. svařování klíčových dírky vs. svařování vedení

• Svařování klíčových dírky (hluboká penetrace) : Vysoký výkon laseru odpařuje materiál a vytváří úzkou, hlubokou díru známou jako 'Keyhole. ' To umožňuje, aby svar pronikl hluboko do materiálu. Je ideální pro silné materiály a strukturální aplikace.

• Svařování vedení (povrchová fúze) : Laser zahřívá pouze povrch, což způsobuje mělké tání. Je vhodný pro tenké kovy a přesné aplikace, kde je kritické minimální zkreslení tepla.

Přesnost a kontrola

To, co odlišuje laserové svařování, není jen jeho rychlost nebo teplo - je to přesnost a kontrola, kterou nabízí.

Laserová síla, frekvence pulsů a ústřední nastavení

• Laserová síla : Určuje, kolik energie je doručena do obrobku. Více energie umožňuje hlubší svary nebo rychlejší provoz, ale příliš mnoho může materiál spálit nebo zkreslit.

• Pulzní frekvence : Při pulzním svařování to definuje, kolik výbuchů energie je dodáno za sekundu. Vyšší frekvence mají za následek plynulejší a konzistentnější svary.

• Zaostření : Ústřední bod musí být zarovnán přesně na povrch svařování. Nesrovnané zaměření může vést ke špatné fúzi nebo slabým kloubům.

Automatické systémy řízení a vidění

Moderní laserové svařovací stroje jsou vybaveny monitorováním v reálném čase, automatickou zpětnou vazbou a systémy strojového vidění. Tyto technologie zajišťují:

• Přesné umístění

• Konzistentní kvalita svaru

• Detekce a korekce defektů

• Snížená lidská chyba

V pokročilých nastaveních se AI a strojové učení dokonce používají k automatickému optimalizaci parametrů svařování, což dále zlepšuje kvalitu a efektivitu.

Závěr

Laserové svařování je zázrakem moderního inženýrství - kombinující vysokou energii, přesná kontrola a inteligentní automatizace. Od generování laserového paprsku po vytvoření čistých a odolných svarů je proces vytvořen pro rychlost, přesnost a sílu. Ať už se používá v elektronice, automobilové nebo špičkové výrobě, její všestrannost a přesnost z něj činí základní řešení.

Pokud chcete prozkoumat technologii laserového svařování nebo investovat do spolehlivého laserového svařovacího stroje, doporučujeme se spojit s Guangdong Pudian Automation Technology Co., Ltd. jako důvěryhodný výrobce specializující se na pokročilé svařovací řešení, Pudian nabízí odborné pokyny a vysoce výkonné vybavení přizpůsobené vašim potřebám. Navštivte jejich webové stránky nebo kontaktujte dnes jejich tým a dozvíte se více.